抗横移板式橡胶支座的数值模拟研究

论文摘要

本文在现有试验研究的基础上,采用数值模拟方法,深入研究了异型钢板折起坡度、折起长度和槽深对支座抗横移性能的影响以及支座内部剪应力的变化规律。考虑橡胶层与钢板间剥离强度要求,对抗横移板式橡胶支座进行了优化,得到了较为合理的结构尺寸。主要工作及创新性成果如下:(1)在现有试验研究的基础上,采用数值模拟方法,对普通板式橡胶支座(T0)、异型支座(T1、T2)的横向抗剪弹性模量、纵向抗剪弹性模量、抗压弹性模量进行了研究。结果表明:数值模拟与试验吻合较好,数值模拟可用于抗横移板式橡胶支座的优化设计;改变加劲钢板的结构形式,可以改变橡胶片在支座中的受力特点,使其由单一受剪变为压剪组合受力,提高了支座的横向抗剪弹性模量,从而提高了板式橡胶支座的抗横移性能。(2)计算了普通板式橡胶支座(T0)、异型支座(T1、T2)的横、纵向剪应力。结果表明:由于加劲钢板特殊的结构形式,导致异型支座(T1、T2)内部均出现严重的应力集中现象,两者最大剪应力均超出了橡胶与钢板剥离强度临界值(σmax=10MPa)。从容许剪应力大小的角度看,异型支座(T1、T2)的结构尺寸均不合格,因此需要对抗横移板式橡胶支座进行优化设计。(3)从折起坡度、折起长度和槽深三方面对抗横移板式橡胶支座进行了单因素分析和综合优化分析。结果表明:折起坡度和槽深的增大,对支座的抗横移性能是有利的,但同时随着折起坡度的增加,最大横、纵向剪应力均会增大,当超出钢板与橡胶剥离强度临界值时对支座的安全性和耐久性不利;随着槽深的增加,最大横向剪应力减小,对支座的安全性和耐久性有利;折起长度的变化对支座抗横移性能和应力集中的影响较折起坡度和槽深要小。通过合理设计三者的大小,能使抗横移支座在保持较大的抗横移能力的同时具有更佳的安全性和耐久性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 工程背景及选题依据
• 1.2 板式橡胶支座的研究现状和发展趋势
• 1.2.1 材料及结构
• 1.2.2 试验研究
• 1.2.3 数值模拟研究
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 板式橡胶支座数值模拟的理论基础
• 2.1 橡胶材料的材料特性
• 2.1.1 橡胶材料的统计理论
• 2.1.2 橡胶材料的唯象理论
• 2.1.3 橡胶材料的应力应变关系
• 2.2 板式橡胶支座的力学特性
• 2.2.1 板式橡胶支座的受压和受剪
• 2.2.2 现有板式橡胶支座的“弹性纠葛”
• 2.3 MD.Nastran有限元分析软件
• 2.3.1 SOL600 模块的分析功能
• 2.3.2 MD.Nastran模拟橡胶材料
• 2.4 本章小结
• 第三章 抗横移板式橡胶支座试验的数值模拟
• 3.1 板式橡胶支座力学性能试验简介
• 3.1.1 支座成品的主要试验项目及要求
• 3.1.2 试验方法
• 3.1.3 测试系统满足的功能和要求
• 3.1.4 橡胶支座试验结果及分析
• 3.2 支座弹性模量试验的数值模拟
• 3.2.1 普通支座（T0）的抗压弹性模量
• 3.2.2 异型支座（T1、T2）的抗压弹性模量
• 3.2.3 普通支座（T0）的抗剪弹性模量
• 3.2.4 异型支座（T1、T2）的抗剪弹性模量
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于数值模拟的抗横移板式橡胶支座优化
• 4.1 试验支座的剪应力分析
• 4.1.1 异型支座（T1、T2）的纵向剪应力
• 4.1.2 异型支座（T1、T2）的横向剪应力
• 4.1.3 分析与讨论
• 4.2 抗横移板式橡胶支座的优化
• 4.2.1 优化思想及综合优化的数学描述
• 4.2.2 异型加劲钢板的折起坡度
• 4.2.3 异型加劲钢板的折起长度
• 4.2.4 异型加劲钢板的槽深
• 4.2.5 综合优化
• 4.3 非对称折起坡度的单因素分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与建议
• 5.1 总结
• 5.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果